300 MW发电机无刷励磁改静态励磁实践

2019-12-19于爱民

科技与创新 2019年23期

关键词：轴系调节器励磁

于爱民

于爱民

（华电青岛发电有限公司，山东青岛 266031）

以300 MW发电机无刷励磁改静态励磁的实践为例，介绍了发电机无刷励磁改静态励磁的实用技术方案，分析对比了改造前后机组的振动参数、励磁特性，为同类型机组励磁改造提供借鉴。

发电机；三机无刷励磁；励磁系统；励磁改造

某发电厂#2发电机为300 MW水-氢-氢冷发电机，励磁系统为三机无刷励磁，#6、#7轴瓦自投运以来一直振动较大。2013-09结合#2机组大修实施了励磁系统改造，将励磁方式由三机无刷励磁改为静态励磁，彻底解决机组#6、#7轴瓦振动问题。通过励磁方式改造，提高了励磁系统的响应速度，简化了励磁系统设备，提高了#2机组安全可靠性。

1 机组设备状况

某发电厂#2发电机为上海电机厂制造的QFSN-300-2型水-氢-氢冷发电机，励磁系统为三机无刷励磁，于1996-11投入运行。发电机励磁方式为三机无刷励磁方式，励磁系统由主励磁机、副励磁机和发电机组成，配置2套励磁调节器。发电机及励磁系统参数如表1所示。

表1 发电机及励磁系统参数

说明符号数值单位额定视在功率Sn376.4MVA 额定定子电压Un20kV 额定频率Fn50Hz 额定功率因数p.f.0.85- 空载磁场电流Ifo987A DC 空载磁场电压Ufo113V DC 额定磁场电流Ifn2 633A DC 额定磁场电压Ufn317V DC

该机组轴系中发电机转子与励磁机转子为三轴承支撑形式，经实测，励磁机临界转速与发电机转子临界转速相距较近，造成轴系中发电机和励磁机转子不平衡响应过大。通过运行证明，轴系对轮找正、励磁机摇摆以及机组负荷的突然变化，均对机组轴系扭矩、励磁机摆轴产生较大影响，导致#6、#7轴承振动大幅增长。多次采取发励对轮重新找正、高速动平衡等措施降低振动，但由于机组轴系设计带来的不稳定因素对发电机和励磁机轴承振动的影响仍时有发生。

2 改造方案

为彻底解决机组轴承振动大的问题，决定进行励磁系统改造，将三机无刷励磁系统改造为自并励静态励磁。通过励磁系统改造缩短发电机组轴系，达到降低振动的目的。改造后励磁系统原理如图1所示。

图1 改造后的励磁系统原理图

2.1 新励磁系统的设备选择

基于发电机和励磁系统原始参数，对改造后励磁系统的励磁变压器进行选型，对励磁系统调节器、磁场开关等设备进行配置。

2.1.1 励磁变压器的选择

2.1.2 励磁系统的配置

励磁系统具备两个自动通道，带自动电压调节器并集成手动励磁电流调节器。自动控制提供所有的控制、限制、PSS及监视功能。手动控制是自动电压调节器的后备，主要用于系统调试和维护。励磁系统功率柜配置三个三相六脉冲整流桥，提供所需励磁电流，－1冗余。灭磁回路安装额定电流为3 200 A的直流磁场断路器、跨接器和在发电机停机或跳闸时消耗磁场能量的非线性灭磁电阻，防止磁场绕组和励磁系统损坏。

2.2 励磁机本体改造工作

拆除励磁机的所有部件，保留励磁机底板，新增集电环装置，布置在原励磁机底板上。集电环底架螺栓孔按原励磁机底板进行设计，满足集电环的安装要求。在励磁机底板及底板下的基础新增2个地脚螺栓孔，地脚螺栓孔要求完全贯穿基础，直径为100 mm。集电环原励磁机转子轴中线到底板的中心高为762 mm，集电环转子轴中心到底板的中心高相同，发电机转子联轴器和更换后集电环装置联轴器的止口和螺栓孔相匹配，利用原联轴器螺栓进行安装连接。集电环装置底架和外罩固定在原励磁机底板上，集电环装置外罩开孔配合直流母排的连接。集电环装置由原来上进风下出风改为上进风上出风方式，刷架出风从集电环外罩出风口排出。

2.3 励磁设备的布置

励磁设备的布置应充分考虑发电机12.6 m运转层及 6.3 m设备布置、发电机基础位置等因素，合理布置。应对励磁变安装位置、运转层开孔进行静载荷核算，必要时应进行加固处理。本工程励磁调节器安装于发电机12.6 m运转层，搭建励磁小室。励磁调节器交流、直流励磁母线采用共箱封闭母线方式与励磁变低压侧、集电环连接。励磁变压器安装于6.3 m发电机封闭母线北侧。励磁变高压侧采用离相封闭母线连接方式，从发电机PT柜引接。励磁设备布置如图2所示。励磁调节器与集电环之间直流母排采用共箱母线连接。直流导电排须由集电环末端引出，向下穿过发电机12.6 m运转层地面，至励磁调节器下部后开孔反穿回12.6 m运转层地面接入励磁调节器。直流共箱母线最小开孔尺寸为600 mm×600 mm，开孔贯穿发电机基础会严重影响发电机基础的动、静载荷，必须在发电机基础外合适位置开孔，用于集电环和励磁系统之间的直流母排上下连接。本工程开孔选取在发电机机头中心线左前侧，位置选取应避开发电机检修抽穿转子的工作位置，直流母线及共箱封闭母线应作活连接设计，方便发电机检修时拆装及恢复。集电环装置端子排引线可借用原励磁机基础上电气引线孔，不再另外开孔[3]。

图2 励磁设备在6.3 m及12.6 m的布置图

2.4 碳粉收集

因发电机基础开孔限制，集电环装置冷却由原来的上进风下出风改为上进风上出风方式，碳粉由集电环外罩顶部的通风管排出，若有需要可在出风口处增加碳粉收集净化装置。集电环内部热风及碳粉由碳粉收集装置强制吸风经滤袋排出，当电源掉电、过滤体阻力过大及温度超限时，装置都应自动切换至自然换风门，以确保滑环的冷却通风量，避免碳刷温度过高导致的故障。因此应设置报警总信号，并将信号送至主控室，报警总信号应包含温度、阻力、欠压及电源掉电等。

3 改造前后对比分析

3.1 机组振动情况分析

静态励磁系统去除了主、副励磁机，除滑环外，没有旋转部件，整个汽-发轴系长度较原设计缩短近2 m（3 652－ 1 750=1 902 mm），临界转速远离工作转速，大大减弱发电机轴系#5、#6、#7瓦的振动。改造前后#5、#6、#7瓦振动峰值对比如表2所示。

表2 改造前后#5、#6、#7瓦振动峰值对比

改造前/mm改造后/mm 参数名称冲转时惰走时正常运行冲转时惰走时正常运行 #5轴振0.1240.0990.0500.0950.1080.084 #6轴振0.1930.2880.1520.0740.0660.069 #7轴振0.2850.4180.0700.0370.0400.027

3.2 励磁系统特性对比

自并励静态励磁系统顶值励磁的反应速度快，在0.05～0.06 s内，就可达到95%的顶值电压。而无刷旋转整流励磁系统在0.1 s内方可达到95%的顶值电压。虽均属高起始响应系统，但自并励静态励磁系统较无刷旋转整流器励磁系统顶值电压的上升速度更快。自并励静态励磁系统可实现逆变灭磁，具有抑制甩负荷时端电压快速升高的优异性能[2]。由于自并励静态励磁无主、副励磁机，去除了整流器的旋转部件，励磁系统故障率降低，维护也更加简单，提高了机组运行的可靠性。